橫向旋轉磁場流化床的製作方法

2023-04-29 22:42:01 2

專利名稱：橫向旋轉磁場流化床的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及多相反應及流態化技術領域的流化床，特別是涉及一種橫向旋轉磁場流化床。
磁場流化床按磁場方向可分橫向磁場流化床和軸向磁場流化床；按磁場強度可分均勻穩定磁場流化床和脈動磁場流化床。這些磁場流化床實際上是在流化床外部套入磁場發生器。軸向磁場流化床外產生磁場的磁場發生器是霍耳姆茲線圈，而橫向磁場流化床外產生磁場的磁場發生器是螺旋線圈或馬鞍形線圈。往線圈中通入直流電則產生均勻穩恆磁場，如果通入脈衝電流，則產生脈動磁場。


圖1所示為現有軸向和橫向磁場流化床的示意圖，其中(a)為軸向磁場流化床的結構示意圖；(b)為螺旋線圈橫向磁場流化床的結構示意圖；(c)為馬鞍形線圈磁場流化床的結構示意圖。
上述的磁場流化床均能形成磁穩定床，並且鐵磁性顆粒能夠沿著磁力線方向排列而形成鏈狀物。但由於磁場方向不變，形成的鏈狀物不會旋轉。如果藉助於上述線圈來產生橫向旋轉磁場，就需要增加輔助設備以不斷轉動線圈，這樣做就會使設計難度增大，對設備要求高，而且不易操作。
本實用新型的目的在於克服上述流化床存在的缺陷，並針對這些缺陷，而提供一種具有橫向旋轉磁場發生器的橫向旋轉磁場流化床。該流化床的橫向旋轉磁場發生器，使得線圈繞組固定，產生的磁場不斷旋轉，這樣，鐵磁性顆粒在流化床中沿磁力線能夠形成鏈狀物並且該鏈狀物能夠自旋，自旋的鏈狀物在流化床中猶如一個個微小的螺旋槳，對流化顆粒能起到攪拌和混合作用，提高流化床內的傳質、傳熱效率，改善流化質量，尤其對於Geldart分類中的C類顆粒，它們由於極強的粘性作用力，流化時易於形成聚團，產生溝流，而自旋的鏈狀物能夠有效地破碎聚團，阻止溝流的發生，改善C類顆粒的流化質量。本實用新型的實施方案如下本實用新型提供的橫向旋轉磁場流化床，包括流化床和流化床外部套入的磁場發生器及變頻器、變壓器、轉子流量計等輔助設備，其特徵在於磁場發生器為橫向旋轉磁場發生器，該橫向旋轉磁場發生器為一定高的空心圓柱體，流化床放在其內，橫向旋轉磁場發生器由鐵芯和嵌在鐵芯中的線圈繞組組成，鐵芯由圓環形矽鋼片疊壓而成，在圓環形截面上縱向衝有六或六的倍數個槽，並以六個槽為佳，其槽可以是半閉口槽或開口槽或半開口槽，並以半閉口槽為較佳，每對對向的槽中分別放置一組線圈繞組，以開有六個半閉口槽為例，則在圓環形鐵芯的六個半閉口槽中共放置三相對稱的線圈繞組，線圈與槽壁間有絕緣材料製成的槽絕緣層，槽的開口處放置用以固定線圈繞組的槽楔，槽楔由絕緣材料製成，其線圈繞組採用高強度漆包銅線繞制，布置形式為集中式單層繞組。
本實用新型的橫向旋轉磁場流化床中產生橫向旋轉磁場是根據對稱的三相繞組中在通有對稱的三相交流電時會產生旋轉磁場這一原理設計而成，其原理如下(以三相對稱繞組為例)如圖2所示，三相對稱繞組每相僅由一個線圈組成，A-X、B-Y、C-Z為三相交流電每相線圈；⊙表示電流流出，用表示電流流入，A-X、B-Y、C-Z三個線圈彼此互隔離120°，分布在鐵芯內圓的圓周上構成三相對稱繞組，三相對稱繞組在空間的位移是B相從A相後移120°，C相從B相後移120°，對稱的三相繞組通入對稱三相電流，各相電流的瞬間表達式為iA=Imcosωt,iB=Imcos(ωt-120°),iC=Imcos(ωt-240°)其中iA,iB,iC表示為瞬時三相交流電電流強度；Im表示為三相交流電電流強度幅值；ω表示角速度；t表示為時間。
電流為正值時，電流從每相線圈的首端(A、B、C)流出，由線圈末端(X、Y、Z)流入電流為負值時，從每相線圈的末端流出，從首端流入。
由於三相電流隨時間的變化是連續的，且極為迅速。為了考察對稱三相電流產生的合成磁效應，選擇以下t=0o(t=0),t=120o(t=T3),t=240o(t=2T3),]]>ωt=360°(t=T)其中T為三相交流電變化周期四個特定的瞬間進行討論。在ωt=0°(t=0)時，iA=Im,iB=iC=-12Im,]]>將各相電流方向表示在各相線圈剖面圖上，A相電流為正值，從A流出，由X流入，而B、C兩相電流均為負值，由B、C流入，從Y、Z流出。由圖可以看出，Y、A、Z三個線圈邊中電流都從圖面流出，且Y、Z邊中的電流數值相等，根據右手螺旋定則，可知該三個線圈中電流產生的合成磁場磁力線分布必為以A邊為中心，左右反向對稱，磁場的方向為從下向上。同樣的道理，可決定B、X、C三個線圈邊中，電流產生的合成磁場磁力線分布。整個磁場的磁力線分布左右對稱。因此，從磁力線的圖象看，和一對磁極產生的磁場一樣。用同樣的方法可以畫出t=120o(t=T3),t=240o(t=2T3),]]>ωt=360°(t=T)三個特定時刻的電流方向和磁力線分布情況。從這些圖中可以看出，由ωt=0°(t=0)到t=120o(t=T3),t=240o(t=2T3),]]>ωt=360°(t=T)的瞬間，三相電流相應的變化，使三相電流合成的磁場在空間相應地轉過了120°,240°,360°。旋轉的方向從A相轉向到B相，再轉向到C相。即按A→B→C順序旋轉並且旋轉的速度一定。
由以上可以看出，對稱的三相電流通過對稱的三相繞組後，建立了一個旋轉的磁場並且當三相電流隨著時間變化經過一個周期T，橫向旋轉磁場在空間相應地轉過了360°，即交流電變化一次，橫向旋轉磁場就旋轉一周。因此，在一對級條件下，電流的頻率即為磁場旋轉的頻率。
由理論可知，單相繞組的磁勢是一種在空間位置上固定、幅值隨時間變化的脈振磁勢。這種脈振磁勢可按富氏級數展開，並由此把脈振磁勢波分為基波和諧波。單相繞組的磁勢方程為f1(x,t)=0.9W1pkw1cosx-13kw3cos3x+15kw5cos5x-17kw7cos7x+...]]>其中f為單相繞組的磁勢；W為相繞組的串聯總匝數；p為極對數；分布係數kql和短距係數kyl的乘積叫作基波繞組係數kwl，即kWl=Kql·kyl對於v次諧波，則有kWv=Kqv·Kyv對基波及所有諧波的磁勢幅值在時間上都是以繞組中電流變化的頻率脈振。
對於三相繞組的磁勢合成磁勢，其實就是把單相繞組磁勢波逐點相加，得到的合成磁勢。諧波的合成磁勢在一般情況下或採取一些措施如採用分布繞組、短距線圈組等可以使其變得較小，所以可以不考慮。要考慮的是基波磁勢。若以A相繞組軸線為空間原點，並以正相序方向為X方向，則對於三相繞組的基波磁勢各為fA1=F1cosxcost]]>fB1=F1cos(x-120o)cos(t-120o)]]>fC1=F1cos(x-240o)cos(t-240o)]]>合成基波的磁勢為f1(x,t)=fA1+fB1+fC1=32F1cos(t-x)]]>其中F-表示各個單相基波脈振磁勢的幅值。cos(x),cos(x-120o),cos(x-240o)]]>-表示A、B、C三個單相基 波磁勢隨空間分布的規律。
cos(ωt),cos(ωt-120°),cos(ωt-240°)-表示這三個單相基波磁勢隨時間變化的規律。
由此可見，三相繞組的合成磁勢是一個大小不變，旋轉的行波，旋轉速度(n0)與交流電的頻率(f1)有如下的關係n0=f1從以上可知，本發明的橫向旋轉磁場流化床的橫向旋轉磁場的主要特點是磁場強度大小不變、方向不斷旋轉並且旋轉頻率和交流電的頻率相等。
本發明的橫向旋轉磁場流化床的橫向旋轉磁場發生器是依據上述原理設計的定高的圓柱體，由鐵芯和嵌在鐵芯內的線圈繞組組成。鐵芯是橫向旋轉磁場發生器的主磁通磁路。橫向旋轉磁場發生器的內腔可以產生較強的橫向旋轉磁場，並且該旋轉磁場相對於鐵芯是以同步轉速旋轉的，但由於鐵芯中磁場的大小和方向都是變化的，所以必須減少由於橫向旋轉磁場在鐵芯內的渦流損耗和磁滯損耗。因此，鐵芯由導磁性較好的0.5毫米厚並衝有一定槽形的矽鋼片疊壓而成。該橫向旋轉磁場發生器的三相基波磁勢的合成磁勢是一個大小不變旋轉的行波，而各次諧波磁勢的合成作用較為複雜，但總體而言，各次諧波的合成作用將影響到橫向旋轉磁場的大小，使其產生振蕩。集中式繞組，減少級數、槽數將有助於減小各次諧波的影響，所以本橫向旋轉磁場發生器採用集中式繞組，較少的級數，以一對級為佳，並在鐵芯上開六或六的倍數個槽，以六個槽為佳。為了提高磁場發生器的效率，鐵芯槽形採用半閉口槽為佳。線圈繞組可採用高強度的漆包銅線繞成，布置形式為單層繞組，線圈放在槽內與槽壁之間有槽絕緣層，槽內繞組的導線用槽楔固定。
橫向旋轉磁場發生器的旋轉頻率可通過變頻器調節交流電的頻率來控制。磁場強度可通過調壓變壓器調節交流電電流強度來控制。本實用新型的效果本橫向旋轉磁場流化床在液固流態化的實驗表明鐵磁性顆粒在流化床中沿磁力線能夠形成鏈狀物並且該鏈狀物能夠自旋，自旋的鏈狀物在流化床中猶如一個個微小的螺旋槳，對流化顆粒能起到攪拌和混合作用，提高流化床內的傳質、傳熱效率，改善流化質量，尤其對於Geldart分類中的C類顆粒，它們由於極強的粘性作用力，流化時易於形成聚團，產生溝流，而自旋的鏈狀物能夠有效地破碎聚團，阻止溝流的發生，改善C類顆粒的流化質量。
以下結合附圖及實施例進一步描述本實用新型附
圖1為現有技術中軸向和橫向磁場流化床的示意圖。附圖2為本實用新型的原理圖。附圖3為本實用新型結構示意圖。附圖4為本實用新型的磁場發生器外形結構圖。附圖5為本實用新型俯視示意圖。附圖6為鐵芯的槽的幾種形態示意圖。其中1---線圈繞組；2---流化床；3---鐵芯；4---槽楔；5---槽；5-1---開口槽；5-2---半閉口槽；5-3---半開口槽。
由圖3-圖6可知，本實用新型提供的橫向旋轉磁場流化床包括流化床和流化床外部套入的磁場發生器及變頻器、變壓器、轉子流量計等輔助設備，其特徵在於磁場發生器是橫向旋轉磁場發生器，該橫向旋轉磁場發生器為一定高的空心圓柱體，流化床2位於其內，橫向旋轉磁場發生器由鐵芯3和嵌在鐵芯3中的線圈繞組1組成，鐵芯3由圓環形矽鋼片疊壓而成，在圓環形矽鋼片上縱向衝有六或六的倍數個槽5，並以六個槽為佳，其槽5可以是半閉口槽5-2或開口槽5-1或半開口槽5-3，本實施例為六個半閉口槽5-2，六個半閉口槽5-2均勻分布在鐵芯3的截面上，每相對的兩個半閉口槽5-2中各放置一線圈繞組1，本實施例六個半閉口槽5-2中共放置三相對稱的線圈繞組，其半閉口槽5-2的開口處放置有用以固定線圈繞組的由絕緣材料製成的槽楔4，線圈繞組1和半閉口槽5-2之間有絕緣材料製成的槽絕緣層，其線圈繞組1採用高強度漆包銅線繞成，布置形式為集中式單層繞組。
權利要求1．一種橫向旋轉磁場流化床，包括流化床和流化床外部套入的磁場發生器及變頻器、變壓器、轉子流量計等輔助設備，其特徵在於磁場發生器為橫向旋轉磁場發生器，該橫向旋轉磁場發生器為一定高的空心圓柱體，流化床位於其內，橫向旋轉磁場發生器由鐵芯和嵌在鐵芯中的線圈繞組組成，鐵芯由圓環形矽鋼片疊壓而成，在圓環形矽鋼片截面上縱向衝有六或六的倍數個槽，並以六個槽為佳，每對對向的槽中放置一組線圈繞組，槽的開口處有用絕緣材料製成的用以固定線圈繞組的槽楔，線圈繞組和槽之間有絕緣材料製成的槽絕緣層。
2．按權利要求1所述的橫向旋轉磁場流化床，其特徵在於所述的槽可以是開口槽。
3．按權利要求1所述的橫向旋轉磁場流化床，其特徵在於所述的槽可以是半開口槽。
4．按權利要求1所述的橫向旋轉磁場流化床，其特徵在於所述的槽可以是半閉口槽，並以半閉口槽較佳。
5．按權利要求1所述的橫向旋轉磁場流化床，其特徵在於所述的線圈繞組採用高強度漆包銅線繞制，布置形式為集中式單層繞組。
專利摘要本實用新型涉及橫向旋轉磁場流化床，特徵是流體床位於橫向旋轉磁場發生器的空心定高圓柱體內，橫向旋轉磁場發生器由鐵芯和嵌在鐵芯中的線圈繞組組成，鐵芯由圓環形矽鋼片疊壓而成，並縱向開六或六的倍數個槽並以六個槽為佳，每對對向的槽中各放置一對線圈繞組，槽的開口處有絕緣材料製成的用以固定線圈繞組的槽楔，線圈繞組與槽之間有槽絕緣層，該磁場發生器可產生橫向旋轉的磁場，鐵磁性顆粒在該磁場中能夠形成自旋的鏈狀物，破碎流化床中的氣泡和聚團，提高流化質量。
文檔編號B01J8/24GK2336853SQ98205438
公開日1999年9月8日 申請日期1998年5月27日 優先權日1998年5月27日
發明者呂雪松, 趙昱, 李洪鐘 申請人:中國科學院化工冶金研究所